JP2007531825A - Equipment for coating both sides of a substrate with a hydrophobic layer - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、真空塗装装置において、基質の両面を疎水性層により被覆するための装置に関するものであり、基質保持体を備え、さらに基質保持体の一側に配置されて疎水性層の形成用物質を蒸発させるための第1の蒸発器を備えた装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for coating both surfaces of a substrate with a hydrophobic layer in a vacuum coating apparatus, comprising a substrate holder, and further disposed on one side of the substrate holder for forming a hydrophobic layer. The invention relates to a device comprising a first evaporator for evaporating a substance.
このタイプの装置は、下記特許文献1によって知られている。 This type of device is known from US Pat.
シート状基質の上に設けられた疎水性層、すなわち撥水性の層は、シート状基質の表面上に水滴が沈着し又は水分が付着するのを防ぐ目的で使用される。しかし、この層は水分の付着を防ぐだけでなく、また何らかの埃及び繊維又は毛羽の付着を防ぐことになる。また、この層は基質表面を平滑にする。 The hydrophobic layer provided on the sheet-like substrate, that is, the water-repellent layer, is used for the purpose of preventing water droplets from depositing or adhering moisture on the surface of the sheet-like substrate. However, this layer will not only prevent moisture adhesion, but will also prevent any dust and fiber or fluff adhesion. This layer also smoothes the substrate surface.
疎水性層を備えた基質は、例えば光学レンズ、透明プラスチック製の枠様部品又は眼鏡レンズ、又は反射防止塗装を施された鉱物ガラス製の眼鏡レンズである。 The substrate provided with the hydrophobic layer is, for example, an optical lens, a frame-like component made of transparent plastic or a spectacle lens, or a spectacle lens made of mineral glass with antireflection coating.
下記特許文献1は、最初にシート状の基質を色々な目的で多くの層で被覆し、最後に疎水性の層で被覆する真空塗装装置を記載している。 Patent Document 1 below describes a vacuum coating apparatus in which a sheet-like substrate is first coated with a number of layers for various purposes and finally coated with a hydrophobic layer.
例えば透明なプラスチック、例えばジアリルジエチレングリコールカーボネート製の基質を材料として作られた眼鏡レンズは、基質の特性を改良する意図をもって、さらに複数の層が塗布される。そのような層は例えば引掻き抵抗を増大させるための耐摩耗性の層であり、反射防止特性を与えるための反射減少層であり、またこれら付加的に付設された層を覆うための表面層である。 For example, a spectacle lens made of a substrate made of a transparent plastic, such as diallyl diethylene glycol carbonate, is further coated with a plurality of layers with the intention of improving the properties of the substrate. Such a layer is, for example, a wear-resistant layer for increasing scratch resistance, a reflection-reducing layer for providing antireflection properties, and a surface layer for covering these additional layers. is there.
その後に疎水性層が最外層として付設される。
これらの層を付設するための、真空塗装装置は真空にすることのできる部屋を備えており、その部屋内で処理される基質が基質保持体上に収容される。
Thereafter, a hydrophobic layer is attached as the outermost layer.
The vacuum coating apparatus for attaching these layers includes a chamber that can be evacuated, and a substrate to be processed in the chamber is accommodated on a substrate holder.
その基質保持体は、例えば球形のキャップであって、その表面上に個々の基質が分散した状態で配列される。この場合、基質そのものは例えばスプリングのリング中に保持される。 The substrate holder is, for example, a spherical cap, and is arranged with individual substrates dispersed on the surface. In this case, the substrate itself is held, for example, in a spring ring.
塗装は両面にするのが望ましいから、球形のキャップは基質を裏返しにすることができるように開発されてきた。この目的のために、球形のキャップはピラミッド状に互いに接近して配置されている個々のセグメントに細分割され、そのセグメントはパドルと云われ、パドルは基質を裏返しにするために縦軸の周りに回転される。
そのような標準的な真空装置では、層は電子ビーム蒸発器によって蒸気沈積された。
Since it is desirable that the coating be double-sided, spherical caps have been developed to allow the substrate to be turned inside out. For this purpose, the spherical cap is subdivided into individual segments that are arranged in close proximity to each other in a pyramid, the segments being referred to as paddles, which around the longitudinal axis to flip the substrate over. To be rotated.
In such a standard vacuum apparatus, the layer was vapor deposited by an electron beam evaporator.
選択して使用されるプラズマ源は、電子を発生させる陰極を含んでおり、その電子は磁気コイル装置によって加速されて、プラズマ源から丸屋根状の基質保持体の方へ正確に進行する。この加速された電子は真空装置に導入された希ガス、主としてアルゴンによってグロー放電プラズマを発生させる。被覆材料は電子ビーム蒸発器によって蒸発せしめられ、蒸発した材料がプラズマを貫通し、そのとき蒸発した材料はイオン化され活性化される。プラズマ源と蒸発源との間には結合がないから、種々の被覆物を作るために、蒸発させることができるどのような出発材料でも蒸発器内で使用することができる。 The plasma source used selectively includes a cathode that generates electrons, which are accelerated by a magnetic coil device and travel precisely from the plasma source toward a round roof substrate holder. The accelerated electrons generate glow discharge plasma by a rare gas, mainly argon, introduced into the vacuum apparatus. The coating material is evaporated by an electron beam evaporator, and the evaporated material penetrates the plasma, at which time the evaporated material is ionized and activated. Since there is no coupling between the plasma source and the evaporation source, any starting material that can be evaporated can be used in the evaporator to create various coatings.
最終の疎水性層は、例えばテトラメチルジシロキサン(TMDS)で作ることができる。
基質は両面を被覆される必要があり、またプラズマ源と電子ビーム源とは基質保持体の一側に、通常丸屋根状の基質保持体の下方に配置されているから、基質の一側上に一連の層を完成させ、その後に基質を反転させてもう一度引き続いてこの一連の層を付設することができる。
The final hydrophobic layer can be made of, for example, tetramethyldisiloxane (TMDS).
The substrate must be coated on both sides, and the plasma source and electron beam source are located on one side of the substrate holder, usually below the round roof substrate holder. A series of layers can be completed, followed by reversing the substrate and subsequently applying this series of layers.
また、若し反転装置が使用されるならば、初めに一面に第一層を付設し、基質を反転させ、反対面に同じ層を付設することができる。その後に第二層をこの面に付設し、基質をもう一度反転させその後に第二層をこの反対面に付設する。
こうして、その後に個々の層をそれぞれ両面に引き続いて作り上げることができる。
Also, if a reversing device is used, the first layer can be provided on one side first, the substrate can be reversed, and the same layer can be provided on the opposite side. A second layer is then applied to this surface, the substrate is inverted once more, and then the second layer is applied to this opposite surface.
In this way, individual layers can subsequently be built up on each side.
最初に述べた方法、即ち基質の一面上に完全な一連の層を形成し、その後にこうして一面に付設された基質を反転させるという方法を用いると、第二面に付設する間に他面に既に付設された疎水性の最外層を損傷することになって、不都合であることが判明した。 Using the first mentioned method, i.e. forming a complete series of layers on one side of the substrate and then inverting the substrate attached to one side in this way, the other side is attached to the other side while attached to the second side. It turned out to be inconvenient because it damages the hydrophobic outermost layer already attached.
かりに例えば、反射防止層を作るのにイオン源を用いると、又はかりにいわゆるIADすなわちイオンアシステッドデポジションメソッドを被覆するのに用いると、迷走イオンがまた層の疎水性効果を部分的に消滅させる。 For example, when using an ion source to make an anti-reflective layer, or to coat a so-called IAD or ion assisted deposition method, the stray ions also partially extinguish the hydrophobic effect of the layer .
基質がスプリングリング中に設置されると、スプリングリングは基質の周りに隙間を生じるから、この効果はそれだけ多く観察される。
反転装置が反転を可能としている場合に、各層が両面に連続して付設されると、数多くの反転操作が必要となり、とくにまた両面に疎水性層を塗布するために最後の反転操作が必要となる。
When the reversing device is capable of reversing, if each layer is continuously attached to both sides, a number of reversing operations are required, and in particular, the last reversing operation is necessary to apply a hydrophobic layer on both sides. Become.
従って、この発明は初めに述べたタイプの装置を改良して、シート状基質の両面に簡単に効率よく疎水性層を設けることができるようにすることを目的とするものである。 Accordingly, it is an object of the present invention to improve an apparatus of the type described at the beginning so that a hydrophobic layer can be easily and efficiently provided on both sides of a sheet-like substrate.
この発明によると、この目的は一面の反対側にある他面上に、第2の蒸発器を配置することによって達成することができる。 According to the invention, this object can be achieved by placing a second evaporator on the other side opposite the one side.
この手段は、基質保持体がどのように作られているかに関係なく、基質の両面に疎水性層を付設するために、蒸発器を付設することができる、という利益を持っている。 This measure has the advantage that an evaporator can be attached to attach the hydrophobic layer on both sides of the substrate, regardless of how the substrate holder is made.
疎水性層の下に位置する層を生成する間にどのような条件が用いられているかに拘らず、またこれらの層が両面に引き続いて付設されているか、又は最初に各場合に一面にだけ付設されているかに拘らず、両面に疎水性層を作るのに1つの蒸発器をそれぞれ利用することができる。 Regardless of what conditions are used during the generation of the layers underlying the hydrophobic layer, these layers are subsequently applied on both sides, or initially only on one side in each case Regardless of whether it is attached, each evaporator can be used to create a hydrophobic layer on both sides.
疎水性層の付設は、例えば反射防止層の付設又は引掻き抵抗層の付設よりも、層の厚みの寸法安定性については重要でなくて、反射防止層及び引掻き抵抗層の場合には層の厚みの許容差と層の厚み構造とを狭い範囲に維持することが絶対必要とされる。疎水性層は、これらの層の付設条件に対して敏感であり、とくにイオンビームに対して敏感であり、従ってこの層にとくに適した最適条件下に完成される。 The attachment of the hydrophobic layer is less important for the dimensional stability of the layer thickness than the attachment of the antireflection layer or the scratch resistance layer, for example, and in the case of the antireflection layer and the scratch resistance layer, the thickness of the layer It is absolutely necessary to maintain the tolerance and the layer thickness structure in a narrow range. The hydrophobic layers are sensitive to the application conditions of these layers, in particular sensitive to the ion beam, and are thus completed under optimum conditions particularly suitable for this layer.
これら疎水性層を付設するために最終の反転操作を行うべき必要がない。なぜならば、疎水性は互いに反対側にある2つの蒸発器によって付設されるからである。
この発明は別の配置では、第2の蒸発器が多くの開口した出口の付設された容器を備えている。
There is no need to perform a final inversion operation to attach these hydrophobic layers. This is because hydrophobicity is attached by two evaporators on opposite sides.
In another arrangement of the invention, the second evaporator comprises a container with a number of open outlets.
この構造的に簡単な配置のために、この装置には非常に安い価格で、従って少ない出費で第2の蒸発器を追加して付設することができる。さきに述べたように、厳密な許容差の制限の維持はここでは重要なことでないから、蒸発すべき物質を容器内に収容し、付設の間それを蒸発させ、その後蒸発した物質が開口した出口から出て行くのが適している。 Due to this structurally simple arrangement, this device can be additionally equipped with a second evaporator at a very cheap price and therefore at low expense. As mentioned earlier, maintaining strict tolerance limits is not important here, so that the substance to be evaporated is contained in the container and evaporated during installation, after which the evaporated substance is opened. It is suitable to go out from the exit.
この発明の別の配置では、容器は取付具に取外し可能に収容されている。
この手段により融通のきく取扱いが可能となり、とくに現存装置に第2の蒸発器を補充し又は現存装置を改装しようとするときに融通のきく取扱いが可能となる。
In another arrangement of the invention, the container is removably received in the fixture.
This means allows for flexible handling, especially when the existing equipment is supplemented with a second evaporator or the existing equipment is to be retrofitted.
この発明の別の配置では、シャッターが容器と基質保持体との間に配置される。
シャッターはまた簡単な部材を表わしているので、シャッターの付設によって、蒸発器から流出する物質の流れが基質保持体によって収容されている個々の基質上の望ましい方向へ向かい、保護され及び/又は分散されて、一様な層の厚みを達成することが可能となる。
In another arrangement of the invention, the shutter is arranged between the container and the substrate holder.
Since the shutter also represents a simple member, the attachment of the shutter directs the flow of material exiting the evaporator to the desired direction on the individual substrates contained by the substrate holder and is protected and / or dispersed. Thus, it becomes possible to achieve a uniform layer thickness.
別の配置では、第1の蒸発器と第2の蒸発器とが装置の別々の部品として作られている。
この手段は、この真空塗装装置において局部的な条件に応じて2個の蒸発器を基質保持体の両側に配置することができる、という利点を持っている。
In another arrangement, the first evaporator and the second evaporator are made as separate parts of the apparatus.
This means has the advantage that two evaporators can be arranged on both sides of the substrate holder according to local conditions in this vacuum coating apparatus.
この発明のさらに別の配置では、第1の蒸発器と第2の蒸発器とが同じ構造に作られている。
この手段は、さらに簡単化と費用削減とに貢献する。
この発明のさらに別の配置では、第1の蒸発器が電子ビーム蒸発器の一つの構成部材となっている。
In yet another arrangement of the invention, the first evaporator and the second evaporator are made in the same structure.
This measure further contributes to simplification and cost reduction.
In yet another arrangement of the invention, the first evaporator is a component of the electron beam evaporator.
この手段は、標準真空装置では、何れの場合も付設されている電子ビーム蒸発器が第1の蒸発器として働いて、物質を蒸発させて疎水性層を作るのに使用することができる、という利点を持っている。 This means that in a standard vacuum apparatus, the electron beam evaporator attached in any case can serve as the first evaporator to evaporate the substance and create a hydrophobic layer. Have advantages.
この発明のさらに別の配置では、第1の蒸発器が基質保持体の下方に配置され、第2の蒸発器が基質保持体の上方に配置される。
この手段は、この配置によって、基質保持体が2つの面の各面で広い表面積にわたって材料に晒されて疎水性層を作り上げることができる、という利点を持っている。
In yet another arrangement of the present invention, the first evaporator is disposed below the substrate holder and the second evaporator is disposed above the substrate holder.
This measure has the advantage that this arrangement allows the substrate holder to be exposed to the material over a large surface area on each of the two faces to create a hydrophobic layer.
この発明のさらに別の配置では、基質保持体が球形キャップの形状となっている。
この手段は、それ自体は公知であって、従来の丸屋根形の基質保持体を用いることができ、その上に疎水性層下に配置される層を例えばIAD又はPIAD方法によって、所望の品質に作ることができ、その後疎水性層を2つの蒸発器によって両面に付設することができる、という利点を持っている。
In yet another arrangement of the invention, the substrate holder is in the shape of a spherical cap.
This means is known per se and can use a conventional round roof-shaped substrate support, on which a layer placed under the hydrophobic layer is of the desired quality, for example by means of IAD or PIAD methods. Has the advantage that the hydrophobic layer can then be applied to both sides by two evaporators.
上に述べた特徴とこれから以下に説明する特徴とは、ここに特定した組み合わせとして用いることができるだけでなく、他の組み合わせ又はこの発明の範囲から逸脱することなく、それ自体で使用することができることは云うまでもない。 The features described above and the features that will now be described can be used not only in the combinations specified herein, but can also be used by themselves without departing from other combinations or the scope of the invention. Needless to say.
添付図面を参照して個々の選択された例示的な具体例に基づいて、以下にこの発明をさらに詳しく記載し説明する。 The invention will be described and explained in more detail below on the basis of individual selected exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
図1に示されている基質10は、1対の眼鏡においてプラスチックレンズとして使用されているものである。
基質10は、例えば、CR39の名称をもって眼鏡光学で好ましいとされる熱硬化性材料、ジアリルジエチレングリコールカーボネイトで作られる。
The
The
基質を作るための別のプラスチックスは、例えばポリエチレンメタクリレート、ポリスチレン及びポリカーボネイトである。 Other plastics for making the substrate are, for example, polyethylene methacrylate, polystyrene and polycarbonate.
初めに、耐摩耗性層12が、例えば上記特許文献1に詳しく記載されているように、例えばプラズマイオンアシステッドデポジションメソッド(PIAD法)によって、基質10の両面に付設される。
First, the wear-
耐摩耗性層12は、例えば層の厚みが約500ナノメートルの硼珪酸ガラスで作られている。硼珪酸ガラスはプラスチックよりも100の係数だけ大きい硬度を持っており、その硬度は180から200N/min2の範囲内にある。
The abrasion
反射減少層14が、また両面の耐摩耗性層12に付設される。
この反射減少層14は、例えば、一連の色々な酸化物層例えばTiO2、SiO2、TiO2、Al2O3及びSiO2から成るものである。
A
The
最後に、テトラメチルジシロキサン(TMDS)からなる疎水性層18が両面に付設される。その層の厚みは約10−15nmである。疎水性層18それ自体は、撥水特性を持った三次元に橋かけ結合されたSiO2構造から成るものである。
Finally, a
図2は全体に参照数字20が与えられている真空塗装装置を示しており、その中でさきに述べた色々な層12、14及び18が基質10に付設される。
真空塗装装置20はハウジング22を備え、その中に部屋24が形成されている。
部屋24内に基質保持体26が収容されており、基質保持体26は球形キャップ28の形をしている。
FIG. 2 shows a vacuum coating apparatus, generally given the
The
A
球形キャップ28は軸状シャフト30の下端に付設され、シャフト30は部屋24の上壁に付設されたベアリング32によって案内され、駆動装置34に接続されている。
基質10を押し込むことができる多数のスプリングリングが、球形キャップの形をした基質保持体26上に付設されている。
The
A number of spring rings capable of pushing the
ここでは相対的な大きさは写実的に示していない。数拾個の基質を基質保持体に収容することができる。
回転手段を用いて作動させようとする場合には、ここに図示したように、球形キャップ28を個々のほぼ台形のパドル36で構成し、パドル36は正確に示していない機構によって縦軸38の周りに回転可能とされている。
Here, the relative size is not shown realistically. Several substrates can be accommodated in the substrate holder.
When it is intended to operate using rotating means, as shown here, the
球形キャップ28の下方には電子ビーム蒸発器40を配置し、その中で前述の個々の層を形成しようとされる材料を蒸発させることができる。
電子ビーム蒸発器40によって蒸発せしめられた材料は、矢印41によって示されるように基質保持体26の方へジェットとなって排出される。
Below the
The material evaporated by the
蒸発を受けることができる出発材料は、例えば酸化物と弗化物であって、粒子として又はシートとして用いることができる。
その材料の蒸発は、部屋24内に対応する負圧(例えば10-6mbar)を適用し、電子ビーム蒸発器40内で材料を加熱することによって達成することができる。
Starting materials that can undergo evaporation are, for example, oxides and fluorides, which can be used as particles or as sheets.
The evaporation of the material can be achieved by applying a corresponding negative pressure (eg 10 −6 mbar) in the
正確な条件は例えば上記特許文献1に記載されているので、ここで明確にこれを引用する。
また、基質保持体46の下方にプラズマ源42を配置して、プラズマ源42に図2中に矢印43によって示されるようなプラズマ流を発生させる。
The exact conditions are described in, for example, the above-mentioned Patent Document 1, and this is explicitly cited here.
Further, a
プラズマ源42は、例えば円筒状電子放出LaB6陰極を備えており、その陰極は円筒状陽極によって包囲されている。この場合、グロー放電プラズマが発生し、希ガス主としてアルゴンが管44を通って部屋24内に導入される。陽極を包囲している円筒状の磁気コイルが、プラズマを発生させている電子の移動度を軸方向に著しく増大させ、半径方向に著しく減少させるという効果をもたらす。ここでは正確に表わしてはいない円環状の磁気コイルが、塗装部屋の上壁領域内で基質保持体の上方に配置されている。この円環状コイルの磁界は、陽極を包囲している円筒状コイルの磁界と重ね合わされ、プラズマをもたらし、丸屋根形のプラズマ境界層が丸屋根形の基質保持体の上流に生成される。基材保持体26がプラズマに対して負の電位にあるために、イオンはプラズマ境界層の外へ加速されて成長するフィルムに衝突し、その結果フィルムは圧密される。電子ビーム蒸発器40によって蒸発した材料は、同様にイオン化され活性化される。
The
電子ビーム蒸発器40とプラズマ源42の独立した形のために、電子ビーム蒸発器40にそれぞれ適当な材料、例えば最終の疎水性層18、即ち例えばテトラメチルジシロキサン(TMDS)を生成させるための材料を充填することが可能となる。
Due to the independent shape of the
このことは、この場合電子ビーム蒸発器40が、部屋24の底に向かっている基質10の面に疎水性層18の形成用材料を蒸発させるための第1の蒸発器48として働くことを意味している。
This means that in this case the
図2が示しているように、第2の蒸発器50は基質10の反対側、すなわち基質保持体26の上方に配置される。
第2の蒸発器50は、基質保持体26の上方で横方向に配置され、部屋24内に取付具54によって保持される。
As shown in FIG. 2, the
The
第2の蒸発器50は図3にさらに詳しく示されている。
第2の蒸発器50は容器56を備えており、容器56はすべての側面が閉じられてボートの形状をしており、取り除くことのできるカバー58を備えている。
The
The
側壁には、とくに基質保持体26に向かう側壁には、多数の開口60が付設されており、開口60は蒸発器50内に収容されている材料が、蒸発後に矢印61の示すように、蒸発器50から出て行けるようにするのに役立っている。
容器56は底にヒーター62を備えている。
A large number of
The
図2に戻ると、この図は、またシャッター52が第2の蒸発器50と基質保持体26の上側との間に配置されていることを示しており、シャッター52は第2の蒸発器50から出て行く蒸発された材料を集中させ、又は遮断するのに役立ち、こうして基質保持体26の上側にこの材料の同様に望ましい分散を完成させる。
Returning to FIG. 2, this figure also shows that the
基質保持体26は、軸状シャフト30の周りに回転して、シャッター52の下を同様に徐々に通過するようにされる。
The
先に説明した例示的な具体例では、下方にある第1の蒸発器48は電子ビーム蒸発器40の一部であって、蒸発器40は層として付着されるべきすべての材料を蒸発させるのに使用される。
In the exemplary embodiment described above, the lower
ここには示さない別の例示的な具体例では、2個の第2の蒸発器50が鏡対称に、云いかえると、1つが基質保持体26の上方にあり、また1つが基質保持体26の下方にあるように配置される。
In another exemplary embodiment not shown here, the two
この2個の蒸発器は、このとき電子ビーム蒸発器から全く独立して働き、電子ビーム蒸発器はこのとき疎水性層の下にある層を作り上げるのに使用されるだけである。
これは、既存設備に単に第2の蒸発器50をあとから付設するだけであるという点で、容易な適用性とまた可能性とを示している。
The two evaporators then work completely independently of the electron beam evaporator, which is then only used to build up the layer underlying the hydrophobic layer.
This shows easy applicability and possibility in that the
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